Способ автоматического регулирования работы ректификационной колонны Советский патент 1992 года по МПК B01D3/42 G05D27/00 

Изобретение относится к способам автоматического регулирования работы ректификационных колонн и может быть использовано в нефтеперерабатывающей и химической промышленности.

Известен способ автоматического регулирования работы отпарной колонны, по которому расход инертного газового агента в колонну изменяют в зависимости от реличины приращения разности температур сырья и остатка при пробном увеличении расхода инертного газового агента.

Однако этот способ регулирования приемлем только для тех случаев, когда исходная смесь поступает в колонну в жидкой фазе при температуре кипения, и в нем не учитываются изменения давления в колонне, которые происходят, например, при увеличении или уменьшении расхода инертного агента в колонну, а также не предусматривается поддержание определенного соотношения расходов инертный газовый агент - сырье, что приводит к снижению качества целевых продуктов разделения и увеличению энергозатрат.

Наиболее близким техническим решением является способ регулирования процесса ректификации, заключающийся в регулировании расхода инертного газового .агента в соотношении с расходом сырья в колонну с выводом боковых погонов таким образом, чтобы парциальное давление компонентов исходной смеси было минимальным, и минимизируют температуру нагрева сырья в колонну, а выход дистиллятных погонов максимизируют.

Недостатком указанного способа регулирования процесса ректификации является то, что он не. учитывает изменения давления в колонне при увеличении или уменьшении расхода инертного газового агента в колонну, что не позволет поддерживать расход инертного газового агента на оптимальном уровне. Одним из условий применения этого спрсоба регулирования является стабилизация качества кубового продукта при помощи автоматического анализатора, что не всегда является необходимым, особеннно при получении в качестве целевых продуктов только дистиллятных боковых погонов. Кроме того, известный способ не позволяет определять оптимальное соотношение расхода инертного газового агента, подаваемого не только в низ колонны, но и в отпарные колонны, работающие в комплексе со сложной ректификационной колонной, что, в конечном итоге, приводит к увеличению энергетических затрат и снижению качества целевых продуктов разделения.

Целью способа является сокращение энергетических затрат и улучшение качества целевых продуктов разделения.

На фиг.1 показана схема реализации способа: на фиг.2 - зависимость парциального давления от соотношения расходов водяной пар-сырье.

Процесс разделения исходной смеси осуществляется в сложной ректификационной колонне 1 однократного испарения, в которую подается сырье 2 в парожидкостном состоянии. С верха колонны пары проходят конденсатор - холодильник 3, сепаратор 4, где отделяется инертный агент от сконденсированных паров, ив сконденсированном переохлажденном виде подаются на орошение 5 колонны и выводятся в качестве головного продукта 6. С промежуточных тарелок сепарационной секции колонны выводят верхний 7 и нижний 8 боковые погоны. Нижний боковой погон 8 дополнительно проходит через отпарную колонну 9, в которую подается первый поток инертного газового агента 10. Из кубовой части колонны выводится кубовый остаток 11. В эту же часть колонны подается второй поток инертного газового агента 12.

Расходы первого 10 и второго 12 потоков инертного газового агента измеряются и регулируются при помощи датчиков 13 и 14 расхода, исполнительных механизмов 15 и 16 и регуляторов 17 и 18, в которые поступают в качестве задания сигналы от блоков 19 и 20 умножения на постоянную величину, связанных с выходом датчика 21 расхода сырья в колонну. Эта схема обеспечивает

расход первого и второго потоков инертного газового агента в заданном соотношении с расходом сырья в колонну. Блок 22 расчета расхода внутреннего орошения колонны, на вход которого поступают сигналы от датчиков 23 и 24 температуры паров из колонны и внешнего орошения и сигнал от датчика 25 расхода внешнего орошения, рассчитывает величину сигнала, поступающего на вход блок 26 расчета парциального давления паров компонентов разделяемой смеси. В этот же блок 26 поступают сигналы от датчиков 27,13и 14 расхода головного продукта, первого и второго потоков инертного газового агента и датчиков 28 и 29 давления паров над тарелками с выводом верхнего 7 и нижнего 8 боковых погонов, а также дат.чиков 30 и 31 состава верхнего и нижнего боковых погонов,

Выходной сигнал от блока 26 расчета парциального давления паров компонентов разделяемой смеси является первым входным сигналом в программно-логический блок 32, на вторрй вход которого поступает сигнал отдатчика 33 давления в кубе колонны. В программно-логическом блоке 32 вырабатываются два выходных сигнала для изменения соотношения расходов инертный газовый агент - сырье, один из которых поступает на второй вход блока 19 умножения на постоянную величину, второй-блока 20 умножения на по.ст6янную величину.

Первые входы регуляторов 17 и 18 связаны с выходами датчиков 13 и 14 расхода инертного газового агента, а вторые входы - с выходами блоков 19 и 20 умножения на постоянную величину, первые входы которых соединены с выходом датчика 21 расхода, установленного на линии подачи сырья в колонну. Входы блока 22 расчета расхода внутреннего орошения связаны с выходом датчика ,23температуры паров, установленного на выходе из колонны, выходами датчика 24 температуры и датчика 25 расхода, установленных на линии подачи внешнего орошения в колонну, а выход - с первымвходом блока 26 расчета парциального давления паров компонентов разделяемой С1у1еси, второй вход которого связан с выходом датчика 27 расхода головного продукта 6. Третий и четвертый входы блока 26 соединены с выходами датчиков 13 и 14 расхода потоков инертных газовых агентов, О и 12,пятый и шестой входы - с выходами датчиков 28 и 29 давления паров над тарелками с выводами верхнего 7 и нижнего 8 боковых погонов, а седьмой и босьг ой входы - с выходами датчиков 30 и 31 состава верхнего 7 и нижнего 8 боковых погонов. Выход блока 26расчета парциального давления паров компонентов разделяемой смеси подключен к первому входу программно-логического блока 32, второй вход которого подключен к выходу датчика 33 давления в кубе колонны. Выходы программно-логического блока 32 подключены к вторым входам блоков 19 и 20 умножения на постоянную величину.

При реализации способа автоматиче ского регулирования в промышленныхусловиях Могут быть исгюльзованы серийные средства контроля и автоматики. В качестве датчиков 13, 14, 21, 25 и 27 расхода могут быть.применены дифманометры 13ДД11 в комплекте с диафрагмами ДК-40, регуйяторов 17 и 18 - станции управления регулятором аналоговым СУРА-2 в комплекте с регулятором РБАМ, датчиков 23 и 24 температуры - термопары ТХК-0806 в комплекте с преобразователями Ш-78, датчиков 28,29 и 33 давления - преобразователи абсолютного давления Сапфир-22ДА-11, датчиков 30 и 31 состава автоматические плотномеры АИП, исполнительных механизмов 15 и 16 - регулирующие клапаны 25с48нж. Функции блока 22 расчета расхода внутреннего орошения, блока 26 расчета парциального давления паров компонентов разделяемой смеси, блоков 19 и 20 умножения на постоянную величину, программно-логического блока 32 реализуются при помощи средств вычислительной техники, например вычислительного комплекса СМ 1814.

Автоматическое регулирование работы ректификационной колонны осуществляется следующим образом.

В кубовую секцию колонны 1 и в отпарную колонну 9 подаются в заданном соотношении с сырьем независимо друг от друга первый 10 и второй 12 потоки инертного газового агента для снижения парциального давления паров компонентов ра деляемой смеси, которое рассчитывается по следух щей зависимости отдельно для ilepвого и второго потока инертного газового агента:

Рпарц Р -7:;г (Л

(j. , Ъ и.а

М М и.а

где Рпарц - парциальное давление паров компонентов разделяемой смеси, Па (по уравнению 1 рассчитывается в блоке 26 расчета парциального давления);

Р -давление в заданном сечении колонны. Па (измеряется датчиками 28 и 29 давления):

G - расход паров компонентов разделяемой смеси в колонне, т/ч (рассчитывается из материального баланса колонны как сумма расходов головного продукта Gr.n. и внутреннего орошения Рвнутр орош в блоке 22 расчета внутреннего орошения и в блоке 26 расчета парциального давления);

Миа - молекулярная масса инертного газового агента (задается как постоянная величина, например для водяного пара она равна 18);

Сиа - расход инертного газового агента, т/ч (соответствует показаниям датчика 14 расхода для случая выбора оптимального соотношения расходов второй поток инертного газового агента - сырье и сумма показаний датчиков 13 и 14 расхода для случая выбора оптимального соотношения расходов первый поток инертного газового агента -сырье);

М - молекулярная масса нижнего бокового погона, измеряемая датчиком 31 состава для случая выбора оптимального соотношения расходов второй поток инертного газового агента - сырье, и верхнего бокового погона, измеряемая датчиком 30 состава для случая выбора оптимального соотношения расходов первый поток инертного газового агента сырье.

Как видно из уравнения 1, при увеличении соотношения расходов инертный газовый агент - сырье происходит снижение парциального давления компонентов разделяемой смеси, что приводит к уменьшению температуры кипения смеси и позволяет снизить температуру нагрева сырья и, следовательно, сократить затраты энергоресурсов на нагрев сырья для проведения процесса ректификации, Но, с другой стороны, при увеличении,расхода иНертного газового агента происходит возрастание скорости паров на тарелках ректификационной колонны и увелЧ чение давления в колонне за счет роста сопротивления тарелок и трубопровода на выходе головного продукта. Задача нахождения оптимального соотношения расходов инертный газовый агент - сырье заключается в том, чтобы при увеличении этого соотношения произошло понижение парциального давления паров компонентов разделяемой смеси на величину, которая больше, чем повышение давления в заданном сечении колоннй) за счет роста гидравлического сопротивления, т,е, условие оптимизации заключается в неравенстве

А Рпарц 1-1 - А Рпарц i Pii - Рт1--1, (2) где А Рпарц i Рт1 Рпарц iИзменения давления Pi в колонне измеряются датчиком 33. Операция подбора оптимального соотношения инертный газовый агент - сырье осуществляется программнологическим блоком 32 последовательно для второго и первого потоков инертного газового агента путем пробного увеличения через заданный интервал времени, например через 10 мин, этого соотношения с олределенным шагом, например на 10%, подавая измененные сигналы в блоки 19 и 20 умножения на постоянную величину, вычисления разности между увеличением давления в колонне и уменьшением парциального давления компонентов разделяемой смеси 8 выбранном сечении КО/10ННЫ, а затем определения необходимости дальнейшего увеличения указанного соотношения иЛи его уменьшения

при АРпарц М - АРпарц i Р| - РМ В

следующем цикле соотношение расходов инертный газовый агент- сырье увеличивается на 10%;

при АРпэрц 1-1 - АРпарц I PI - PI-I уменьшается на 15%.

Для управления подбором соотношения расхода первого гютока инертного газового агента к расходу сырья выбирается сечение колонны над тарелкой с выводом верхнего бокового погона, для второго погона - сечение колонны над тарелкой с выводом нижнего бокового потока. Именно в этих сечениях колонны программно-логический блок 32 вычисляет разность между увеличением давления в колонне и уменьшением парциального давления.

Величина парциального давления в выбранных сечениях колонны рассчитывается по уравнению (1) в блоке 26 расчета парциального давления паров компонентов разделяемой смеси. Расход паров компонентов разделяемой смеси G определяется, исходя из материального баланса колонны

G Сгп + бвнутр.орош.13)

Расход внутреннего орошения колонны осуществляется в блоке 22 по уравнению

Свнутр.орош. - Свнеш.орош. f « j. Д //

где Grn - расход головного продукта, т/ч (измеряется датчиком 27);

Свнутр.оррш. - расход внутреннего орошения, т/ч;

Овнеш.орош. - расход внешнего орошения, т/ч (измеряется датчиком 25);

Ср - теплоемкбсть внешнего орошеккал

ния,- ;

т град

г - теплота испарения паров головного продукта,

At - разность температуры между парами из колонны и внешним орошением, град (измеряется датчиками 23 и 24),

Расход инертного газового агента в сечении над тарелкой с выводом нижнего бокового погона равен расходу второго потока инертного агента, измеряемого датчиком 14, а в сечении над тарелкой с выводом верхнего бокойого погона - сумме расходов первого и второго потоков инертного агента, измеряемых датчиками 13 и 14.

На графике, изображенном на фиг.2, приведены результаты расчета изменения парциального давления А Рпарц паров нижнего бокового погона и давления АР над тарелкой с выводом-нижнего бокового погона в зависимости от соотношения б расходов водяной пар - сьфье на примере вакуумной колонны установки первичной переработки нефти ЭЛОУ-АВТ-6М для двух режимов работы колонны: а - при остаточном давлении на тарелке с отбором нижнего бокового погона 100 мм рт. ст.; б - при остаточном давлении 75 мм рт.ст.

Расход пара в этом случае изменялся только в куб колонны.

Формул а и 30 бретения

Способ автоматического регулирования работы ректификационной колонны путем измерения расходов сырья и инертного газового агента, измерения давления в колонне, определения парциальных давлений компонентов в исходной смеси, отличающийся тем, что, с целью сокращения энергетических затрат и улучшения качества целевых продуктов разделения, дополнительно вычисляют соотношение расходов инертный газовый агент - сырье, через заданный интервал времени скачкообразно увеличивают соотношение расходов инертный газовый агент-сырье, определяют увеличение давления в колонне и уменьшение парциальных давлений паров компонентов разделяемой смеси, вычисляют разность между увеличением давления в колонне и уменьшением парциального давления паров компонентовразделяемой смеси и в зависимости от знака этой разности увеличивают или уменьшают на заданный шаг соотношение расходов инертный газовый агент-сырье.

Изобретение относится к способам автоматического регулирования работы рек-' . , • • / -тификационной колонны и позволяет сократить энергетические затраты и улучшить качество целевых продуктов разделения. В способе дополнительно измеряют соотношение расходов инертный газовый агент- сырье, вычисляют разность между увеличением давления в колонне и уменьшением парциального давления компонентов в исходной смеси, при этом '«рез заданный интервал времени увеличивают соотношение расходов инертный газовый агент- сырье и в зависимости от знака разности между увеличением давления в колонне и уменьшением парциального давления паров компонентов в сл^еси увеличивают или уменьшают с определенным шагом соотношение расходов инертный газовый агент - сырье. 2 ил.